JP7354624B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、映像等を表示していない状態において背景を透過して観察可能な表示装置に関するものである。

従来から、マイクロＬＥＤ（light emitting diode）とも呼ばれる非常に小型のＬＥＤを光源として利用する表示装置が知られている。マイクロＬＥＤ自体が非常に小型であることから、表示装置自体を透明又は半透明とすることが可能であることも知られている（例えば、特許文献１）。

しかし、表示装置が透明又は半透明である場合には、背景の影響を受けることとなり、表示装置が表示する表示内容の品質が低下する場合があった。特に、背景が明るい場合には、表示される映像等のコントラストが著しく低下する場合があった。

特開２０１９－４０２０３号公報

本開示の実施形態の課題は、背景を透過して観察可能であって、背景の影響を受けにくく表示される映像の品質が高い表示装置を提供することである。

本開示の実施形態は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本開示の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

第１の開示の実施形態は、特定の波長領域の励起光を受光すると透過率が変化するフォトクロミック層（１１）と、前記励起光を発光する複数の励起光源（２０）と、表示内容に応じた発光を行う複数の表示光源（３０）と、を備え、少なくとも前記フォトクロミック層（１１）の透過率が高い状態において背景を透過して観察可能な表示装置（１、１Ｂ）である。

第２の開示の実施形態は、第１の開示の実施形態に記載の表示装置（１、１Ｂ）において、前記フォトクロミック層（１１）の前面側に配置され、前記励起光の少なくとも一部を遮蔽する第１遮蔽層（１２）と、前記フォトクロミック層（１１）の背面側に配置され、前記励起光の少なくとも一部を遮蔽する第２遮蔽層（１３）と、を備える表示装置（１、１Ｂ）である。

第３の開示の実施形態は、第１の開示の実施形態又は第２の開示の実施形態に記載の表示装置（１）において、前記励起光源（２０）は、前記フォトクロミック層（１１）側に向けて励起光を発光し、前記表示光源（３０）は、前記フォトクロミック層（１１）とは反対側に向けて表示光を発光する表示装置（１）である。

第４の開示の実施形態は、第１の開示の実施形態又は第２の開示の実施形態に記載の表示装置（１Ｂ）において、前記励起光源（２０）は、前記フォトクロミック層（１１）とは反対側に向けて励起光を発光し、前記表示光源（３０）は、前記フォトクロミック層（１１）とは反対側に向けて表示光を発光し、前記励起光源（２０）及び前記表示光源（３０）が配置されている光源層の屈折率は、前記光源層よりも前面側に隣接して配置されている層よりも屈折率が高い表示装置（１Ｂ）である。

本開示の実施形態によれば、背景を透過して観察可能であって、背景の影響を受けにくく表示される映像の品質が高い表示装置を提供することができる。

本開示の実施形態による表示装置１の第１実施形態を示す図である。 図１中の矢印Ａ－Ａの位置で表示装置１を切断した断面図である。 第１実施形態の表示装置１において励起光源２０及び表示光源３０を発光させた状態を説明する図である。 第２実施形態の表示装置１Ｂを図２と同様な断面で示した図である。 第２実施形態の表示装置１Ｂにおいて励起光源２０及び表示光源３０を発光させた状態を説明する図である。

以下、本開示の実施形態を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本開示の実施形態による表示装置１の第１実施形態を示す図である。なお、表示装置１は、シート状の形状をしており、図１は、シート面に垂直な方向から見た平面視を示している。また、図１中の励起光源２０及び表示光源３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂには、ＵＶ、Ｒ、Ｇ、Ｂの文字を設けたが、これは理解を容易にするために示したものであり、実際にこれらの文字が表示されているものではない。
図２は、図１中の矢印Ａ－Ａの位置で表示装置１を切断した断面図である。

なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張、又は、簡略化している。
本明細書中において、記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
本明細書中において、シート面とは、各シートにおいて、そのシート全体として見たときにおける、シートの平面方向となる面を示すものであるとする。なお、板面、フィルム面についても同様である。

表示装置１は、光源層１０と、フォトクロミック層１１と、第１遮蔽層１２と、第２遮蔽層１３とを備えた板状、シート状、又は、フィルム状に構成されており、シート面に垂直な方向から見た形状（平面視の形状）が、四角形に構成されている。なお、本実施形態では、表示装置１の平面視の形状を四角形としたが、平面視の形状は、どのような形状としてもよい。表示装置１は、例えば、建築物の窓、乗物の窓等に取り付けられ、映像等を表示していない場合には、背景を透過して観察可能なように透明、又は、半透明である。
なお、以下の説明では、図１に示す側、すなわち、図２中の左側を前面と呼び、右側を背面と呼ぶものとし、映像等を表示する場合に観察者は、表示装置１の前面側から観察するものとする。

光源層１０は、透明な樹脂によって形成されており、励起光源２０と、表示光源３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ（以下、これらをまとめて表示光源３０とも呼ぶ）とを備えている。

励起光源２０は、光源層１０の前面側付近に設けられており、励起光となる紫外光をフォトクロミック層１１へ向けて発光する。本実施形態の励起光源２０は、紫外光を発光する点光源のＬＥＤ光源である。励起光源２０は、例えば、幅、長さ、高さがそれぞれ０．５μｍ～５０μｍの、いわゆるマイクロＬＥＤを用いることができる。

表示光源３０（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）は、光源層１０の前面側付近に設けられており、映像等の表示に用いる可視光の表示光を前面側に向けて発光する。表示光源３０Ｒは、赤色の表示光を発光し、表示光源３０Ｇは、緑色の表示光を発光し、表示光源３０Ｂは、青色の表示光を発光し、これらによってフルカラーの映像表示が可能である。本実施形態の表示光源３０は、励起光源２０と同様に、点光源のＬＥＤ光源である。表示光源３０は、例えば、幅、長さ、高さがそれぞれ０．５μｍ～５０μｍの、いわゆるマイクロＬＥＤを用いることができる。

本実施形態では、図１に示すように励起光源２０と表示光源３０を近接して配置した光源グループを構成しており、この光源グループが表示装置の表示面にマトリックス状に配列されている。したがって、本実施形態では、励起光源２０と、表示光源３０Ｒと、表示光源３０Ｇと、表示光源３０Ｂとは、同数が配列されている。また、励起光源２０及び表示光源３０には、光源層１０に設けられた不図示の透明配線が接続されている。
なお、励起光源２０の数は、表示光源３０と同数とする必要はなく、励起光源２０の数を多くしてもよいし、励起光源２０の数を少なくしてもよい。その場合、励起光源２０を表示光源３０の光源グループに含めずに配置するようにしてもよい。

また、励起光源２０は、紫外光を発光するＬＥＤとし、表示光源３０は、対応する各色の可視光を発光するＬＥＤとして説明したが、これらのうちのいずれか、又は、全てについて、発光体とは別に配置した蛍光体を励起させることにより所望の波長の光を発光させる構成としてもよいし、カラーフィルター等を組み合わせて所望の波長の光を発光させる構成としてもよい。

また、図２では、励起光源２０と表示光源３０との前後方向の位置（表示装置１の厚さ方向の位置）を同じ位置として示したが、例えば、表示光源３０を前面側に配置し、励起光源２０を背面側に配置するようにしてもよい。

フォトクロミック層１１は、特定の波長領域の励起光を受光すると透過率が変化する光応答性を備えた層である。本実施形態のフォトクロミック層１１は、通常は可視光の透過率が高く可視光に対して略透明であり、紫外光を受光することによりグレー又は黒色に変色して可視光の透過率が低下した状態となる。また、紫外光を受光したフォトクロミック層１１は、紫外光の受光が終了すると、徐々に可視光の透過率が上昇して透明な状態に戻る。
フォトクロミック層１１は、フォトクロミック材料を含有する樹脂により構成されている。フォトクロミック材料としては、例えば、ジアリールエテン系化合物、スピロピラン系化合物、スピロペリミジン系化合物、フルギド系化合物、ヘキサアリールビイミダゾール系化合物、ナフトピラン系化合物等が挙げられるが、これらに限らず、従来公知のフォトクロミック材料を適宜利用することができる。

本実施形態のフォトクロミック層１１は、紫外光により変色されていない状態の垂直に入射する可視光の最大透過率が４３０ｎｍ～７００ｎｍで８０％であり、紫外光によって最も濃く変色された状態の最小透過率が４３０ｎｍ～７００ｎｍで２０％である。

第１遮蔽層１２は、フォトクロミック層１１の前面側に配置され、励起光である紫外光の透過を遮蔽する層である。より具体的には、第１遮蔽層１２は、紫外線吸収層として構成してもよいし、紫外線反射層として構成してもよい。第１遮蔽層１２は、遮断する紫外光以外の帯域の光は透過する（透過率が十分に高い）ので、可視光に対しては略透明である。本実施形態では、第１遮蔽層１２は、表示装置１の前面側の最表面に配置されている。

第２遮蔽層１３は、フォトクロミック層１１の背面側に配置され、励起光である紫外光の透過を遮蔽する層である。より具体的には、第２遮蔽層１３は、紫外線吸収層として構成してもよいし、紫外線反射層として構成してもよい。第２遮蔽層１３は、遮断する紫外光以外の帯域の光は透過する（透過率が十分に高い）ので、可視光に対しては略透明である。本実施形態では、第２遮蔽層１３は、表示装置１の背面側の最表面に配置されている。

本実施形態では、第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３は、同一の構成となっており、紫外線吸収層として構成されており、垂直に入射する２８０ｎｍ～３８０ｎｍの紫外光の９０％以上を遮蔽（吸収）する。より好ましくは、第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３は、垂直に入射する２８０ｎｍ～３８０ｎｍの紫外光の９５％以上を遮蔽（吸収）するとよい。

第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３によってフォトクロミック層１１を挟んで構成されていることにより、表示装置１へ前面側及び背面側から到達する紫外光は、その殆どが第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３によって遮蔽され、フォトクロミック層１１へは到達しない。よって、フォトクロミック層１１は、外来光によっては透過率の変化を生じない。

図２に示す状態では、励起光源２０及び表示光源３０のいずれも発光しておらず、背景光ＢＬは、その多くが前面側へ通過することができ、前面側に居る観察者は、表示装置１を透過した背景を観察可能である。

図３は、第１実施形態の表示装置１において励起光源２０及び表示光源３０を発光させた状態を説明する図である。なお、図３では、フォトクロミック層１１が変色して透過率が低下した状態を、ドットを密に示すことによって表現している。
励起光源２０が発光すると、励起光（紫外光）は、フォトクロミック層１１へと到達して、フォトクロミック層１１の透過率が低下する。フォトクロミック層１１の透過率が低下すると、背景光ＢＬは、その大部分が前面側へ到達することができない。
フォトクロミック層１１の透過率の低下は、励起光源２０が励起光を発光すると略同時に生じるので、透過率変化の応答速度が速い。また、上述したようにフォトクロミック層１１は、最大透過率が８０％であり、最小透過率が２０％であるので、液晶等を用いる調光部材と比べて透過率のダイナミックレンジが高く、透過時と調光時（透過率の低下時）との差が大きい。
励起光源２０が励起光を発光しフォトクロミック層１１の透過率が低い状態であれば、表示光源３０が発光する表示光は、背景光ＢＬの影響を殆ど受けることがない。したがって、表示装置１は、背景光ＢＬの影響を受けずにコントラストの高い高画質な表示を行うことができる。
また、表示装置１は、第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３によってフォトクロミック層１１を挟んで構成されている。よって、フォトクロミック層１１は、外来光によって透過率の変化を生じない。また、励起光が表示装置１から出射されてしまうことも防止できる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の表示装置１Ｂを図２と同様な断面で示した図である。
図５は、第２実施形態の表示装置１Ｂにおいて励起光源２０及び表示光源３０を発光させた状態を説明する図である。なお、図５においても、フォトクロミック層１１が変色して透過率が低下した状態を、ドットを密に示すことによって表現している。
第２実施形態の表示装置１Ｂは、低屈折率層１４を備える点と、励起光源２０及び表示光源３０の配置及び向き等が異なる他は、第１実施形態の表示装置１と同様である。よって、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

第２実施形態の励起光源２０及び表示光源３０は、光源層１０の背面側に寄せて配置されている点が第１実施形態の場合と異なっており、励起光源２０及び表示光源３０と光源層１０の前面側との間には適度な距離が保たれている。また、第２実施形態の励起光源２０及び表示光源３０の双方が、前面に向けて、すなわちフォトクロミック層１１とは反対側に向けて励起光及び表示光を発光する点で、第１実施形態の場合と異なっている。

低屈折率層１４は、光源層１０の前面側に隣接して配置され、光源層１０よりも屈折率が低い。低屈折率層１４は、可視光の透過率が高い材料を用いて形成することが望ましい。
低屈折率層１４を設けたことにより、低屈折率層１４と光源層１０との界面において、臨界角よりも大きな角度でこれらの界面に到達する励起光源２０からの励起光が全反射される。これにより、フォトクロミック層１１に向かう方向へと励起光が向かうことができる。
また、光源層１０とフォトクロミック層１１との界面で全反射が生じないようにするために、光源層１０の屈折率よりもフォトクロミック層１１の屈折率を高くすることが望ましい。

第２実施形態の表示装置１Ｂによれば、励起光源２０及び表示光源３０の光を発光する向きが前面側に揃うので、励起光源２０及び表示光源３０に対する配線の構成を簡単にすることができる。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本開示の実施形態の範囲内である。

（１）各実施形態において、励起光源２０及び表示光源３０は、マイクロＬＥＤを用いる例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、画面のサイズが非常に大きな場合には、マイクロＬＥＤよりも大きなＬＥＤを用いてもよいし、ＬＥＤ以外の発光体を用いてもよい。

（２）各実施形態において、表示装置１、１Ｂの層構成を例示したが、これらの層構成は適宜変更してもよい。例えば、調光部材の剛性を高めるための支持板をさらに積層してもよいし、印刷層や各種光学機能層等、他の層を積層してもよい。

（３）各実施形態において、励起光として紫外光を利用するフォトクロミック層を例に挙げて説明した。これに限らず、励起光によって透過率が変化するフォトクロミック層であれば、本開示の実施形態の調光装置に適用することができる。

なお、各実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本開示の実施形態は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

１、１Ｂ 表示装置
１０ 光源層
１１ フォトクロミック層
１２ 第１遮蔽層
１３ 第２遮蔽層
１４ 低屈折率層
２０ 励起光源
３０ 表示光源
３０Ｂ 表示光源（青色）
３０Ｇ 表示光源（緑色）
３０Ｒ 表示光源（赤色）
ＢＬ 背景光

Claims (3)

1. 特定の波長領域の励起光を受光すると透過率が変化するフォトクロミック層と、
   前記励起光を発光する複数の励起光源と、
   表示内容に応じた発光を行う複数の表示光源と、
   を備え、
   少なくとも前記フォトクロミック層の透過率が高い状態において背景を透過して観察可能な表示装置にであって、
   前記フォトクロミック層の前面側に配置され、前記励起光の少なくとも一部を遮蔽する第１遮蔽層と、
   前記フォトクロミック層の背面側に配置され、前記励起光の少なくとも一部を遮蔽する第２遮蔽層と、
   を備える表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記励起光源は、前記フォトクロミック層側に向けて励起光を発光し、
   前記表示光源は、前記フォトクロミック層とは反対側に向けて表示光を発光する表示装置。
3. 特定の波長領域の励起光を受光すると透過率が変化するフォトクロミック層と、
   前記励起光を発光する複数の励起光源と、
   表示内容に応じた発光を行う複数の表示光源と、
   を備え、
   少なくとも前記フォトクロミック層の透過率が高い状態において背景を透過して観察可能な表示装置にであって、
   前記励起光源は、前記フォトクロミック層とは反対側に向けて励起光を発光し、
   前記表示光源は、前記フォトクロミック層とは反対側に向けて表示光を発光し、
   前記励起光源及び前記表示光源が配置されている光源層の屈折率は、前記光源層よりも前面側に隣接して配置されている層よりも屈折率が高い表示装置。

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